第五单元 第22课《健康生活新设备》教学设计2024-2025学年人教版（2024）初中信息科技八年级全一册

第22课 健康生活新设备 课 题 第五单元 第22课 健康生活新设备 应到人数 实到人数 课 型 新授课 备课时间 上课时间 教 材 分 析 本节课是八年级全一册中物联网实践与探索单元的重要课程，专注于物联网在健康生活领域的应用实践，通过身高记录仪系统的案例，引导学生深入理解物联网技术如何改善人们的生活。学生在之前的课程中已经学习了物联网的基础知识和基本技能，本节课将在此基础上，让学生将所学知识应用到实际生活场景中，培养学生解决实际问题的能力，提升学生对物联网技术的综合应用能力，为学生今后在物联网技术及相关领域的学习和工作奠定基础，同时激发学生对创新科技改善生活的兴趣和热情。 学 情 分 析 学生在之前的课程中已经掌握了物联网的基本概念、数据采集、传输、处理等基础知识，具备一定的编程能力和逻辑思维能力。然而，对于物联网技术在健康生活领域的具体应用，以及如何构建一个完整的身高记录仪系统，学生还缺乏深入的了解和实践经验。 核 心 素 养 目 标 信息意识：学生能够通过了解物联网在健康生活中的应用实例，深刻认识到物联网技术对改善生活品质的重要性，增强对物联网技术在日常生活中应用的敏感度，主动关注物联网技术在其他健康领域的创新应用，培养积极探索物联网与健康生活融合的意识。 计算思维：在分析身高记录仪系统功能需求、设计算法（如身高测量与数据上传算法）以及编写控制程序的过程中，学会运用逻辑思维分析系统各部分之间的数据处理和控制逻辑，培养计算思维中的问题分析和抽象概括能力，如总结数据采集、判断、传输和显示的基本流程，理解程序如何根据按键操作和传感器数据实现身高数据的准确采集与上传，以及如何根据数据分析结果进行反馈控制。 数字化学习与创新：鼓励学生通过查阅资料、小组讨论、实践操作等方式，自主学习健康生活知识、物联网技术在健康监测中的应用方法、身高记录仪系统的构建和优化等知识，提高数字化学习的实践能力和创新技能，如学会从互联网上获取健康监测标准和物联网技术资料，筛选有用信息，并结合实践操作进行理解和应用，培养自主学习和终身学习的意识。 信息社会责任：通过讨论物联网技术对健康生活的积极影响（如个性化健康建议、疾病预防）以及可能面临的挑战（如数据泄露、设备故障对健康监测的影响），培养学生的社会责任感，使其认识到物联网技术在推动健康生活方式和公共卫生领域的重要作用，鼓励学生积极关注物联网技术在健康领域的发展，为物联网技术的合理应用和健康生活改善贡献力量，如宣传健康生活知识和物联网安全知识，倡导智能、安全的健康生活物联网应用。 教学重点 理解物联网在健康生活中的应用方式和作用，包括物联网设备（如物联手环、物联体重秤、物联跑步机等）如何监测健康数据（心率、睡眠质量、运动数据、身体成分等）、提供个性化建议以及实现远程健康管理等方面，通过分析实际案例，让学生深刻体会物联网技术为人们健康生活带来的便捷和改善，如明确物联手环如何通过传感器采集数据并利用算法提供运动和饮食建议，使学生认识到物联网技术在健康生活领域的重要意义。 教学难点 培养学生在物联网应用系统设计中的创新思维和综合应用能力，如在拓展与提升部分，引导学生为身高记录仪系统增加新功能或对生活中的物品进行物联功能设计，涉及到对健康生活需求的深入理解、物联网技术的综合运用（包括传感器技术、通信技术、数据处理技术等）以及创新解决方案的提出和实施等多方面知识和技能的综合应用，提高学生解决实际问题的能力和创新能力，激发学生对物联网技术在健康生活领域创新应用的兴趣。 教 法 讨论交流、讲解法、演示法、任务驱动法 学 法 交流讨论法、动手实践 教学准备 教师准备可联网的计算机 学生准备:预习本节课内容 教 学 过 程 二次备课 三次备课 一、新课导入 展示一些常见的物联网健康设备（如物联手环、物联体重秤、物联跑步机等）的图片或视频，介绍这些设备在人们健康生活中的应用，如物联手环如何帮助人们监测运动和睡眠情况、物联体重秤怎样提供更全面的身体成分分析等。提问学生：“这些物联网设备是如何让我们的生活变得更健康、更便捷的呢？” 引发学生对物联网在健康生活中应用的兴趣。 简单介绍物联网技术对健康生活的重要性，如实现个性化健康管理、远程医疗诊断等。然后引出本节课的主题 —— 利用物联网技术设计身高记录仪系统，强调这是物联网在学校健康管理方面的一个具体应用，让学生对即将学习的内容充满期待。 1. 2. 3. 二、讲授新课 学习活动1 组织学生分组讨论身高记录仪系统要实现自动记录学生身高的功能，需要获取哪些数据。引导学生思考除了身高数据本身，还可能需要哪些相关信息，如学生的性别（用于区分不同性别学生的身高统计）、班级（便于按班级进行身高数据汇总）等。通过提问的方式，如 “为什么需要记录学生的性别和班级？”“这些数据对身高记录和后续分析有什么帮助？” 等，激发学生的思考。每个小组选派代表分享讨论结果，教师对各小组的观点进行点评和补充，确保学生明确身高记录仪系统所需的数据，为后续的系统设计奠定基础，培养学生的数据分析意识。 学习活动2 1、功能需求分析指导 发放身高记录仪系统功能需求表（表 22.1），引导学生按采集数据、传输与存储数据、分析处理数据、反馈与控制四个环节分析系统的功能需求。在采集数据环节，教师提示学生根据前面讨论的数据需求，确定需要使用的传感器类型（如超声波传感器用于测量身高、按键传感器用于区分性别），并思考如何确保传感器能够准确、稳定地获取数据。在传输与存储数据环节，教师介绍物联网服务平台的作用，引导学生思考如何将采集到的数据通过网络传输到平台，并选择合适的存储方式（如数据库存储、文件存储等）。在分析处理数据环节，教师引导学生考虑如何在平台上对数据进行分析，如按班级、性别统计身高数据，计算平均身高、身高分布等统计指标，以及如何利用数据分析工具（如数据可视化）更好地展示分析结果。在反馈与控制环节，教师引导学生确定反馈的对象（如负责老师）和反馈的内容（如班级学生身高统计情况），以及如何实现反馈（如通过显示屏显示、发送通知等方式）。学生分组讨论并填写功能需求表，教师巡视各小组，为学生提供指导和建议，帮助学生完善功能需求分析，培养学生的系统分析能力。 2、功能实现讨论与设备选择 展示功能实现图（图 22.1），引导学生思考各个环节需要用到的物联实验设备及平台。教师回顾各类传感器的功能和作用，帮助学生根据功能需求选择合适的硬件设备。例如，对于身高测量，选择精度合适、测量范围满足需求的超声波传感器；对于按键操作，选择灵敏度高、耐用的按键传感器；对于主控板，选择性能稳定、支持网络通信和数据处理的型号；对于物联网服务平台，选择易于操作、数据管理功能强大的平台（如 SIoT 平台）。学生分组讨论并完善功能实现图，明确每个环节所需的设备和平台，教师对学生的选择进行点评和指导，确保学生选择的设备和平台能够满足系统功能需求，培养学生的硬件选择和系统设计能力。 3、算法设计引导 展示流程图模块（图 22.2）和核心流程图（图 22.3），引导学生根据功能需求和功能实现的要求绘制流程图，展示具体的算法设计。教师以身高测量和数据上传为例，讲解算法的基本逻辑：首先设置网络及物联网服务平台，然后启动超声波传感器测量身高，当学生按下按键 K1（代表男生）或 K2（代表女生）时，获取身高数据并与性别信息一起上传到物联网服务平台。在讲解过程中，引导学生理解程序的顺序结构、条件判断结构（如根据按键判断性别）和循环结构（如持续监测按键操作），以及如何根据不同的操作和数据状态执行相应的步骤。学生分组进行算法设计，绘制流程图，教师巡视各小组，为学生提供编程思路和逻辑指导，帮助学生完成算法设计，培养学生的编程思维和逻辑设计能力。 学习活动3 1、硬件搭建实践 向学生布置硬件搭建任务，包括选择传感器、主控板等物联实验设备，设置无线网络，配置物联网服务平台，确定传感器安装位置。教师详细介绍本次活动所需的硬件设备，如超声波传感器的工作原理（利用超声波的反射时间计算距离来测量身高）、按键传感器的类型（如轻触式按键、微动开关等）、主控板的功能和接口（如 Arduino、Raspberry Pi 等），以及无线网络模块（如 Wi-Fi 模块）的配置参数。同时，提醒学生在选择设备时要考虑设备之间的兼容性和稳定性，确保系统能够正常运行。 教师指导学生进行硬件连接，演示传感器与主控板的连接方法（如将超声波传感器的 trig 引脚和 echo 引脚连接到主控板的特定数字引脚，按键传感器连接到其他引脚）、主控板与无线网络模块的连接、显示屏（如果有）与主控板的连接等。在连接过程中，引导学生观察设备的接口类型和引脚定义，让学生了解硬件连接的原理和注意事项，培养学生的硬件操作技能。对于传感器安装位置，组织学生进行讨论，如超声波传感器安装在房间天花板上的合适高度（确保能够测量到学生身高且不受干扰），按键传感器安装在便于学生操作的位置（如旁边的墙壁上或设备外壳上）。学生按照教师的指导进行硬件搭建实践，教师巡视各小组，及时解决学生在连接过程中遇到的问题，如引脚连接错误、设备供电不足等，确保每个小组都能顺利完成硬件搭建任务。 2、数据采集与显示实践 引导学生编写代码实现当按下按键时，用传感器采集当前身高数据并在显示屏实时显示的功能。教师提供部分代码框架，如初始化传感器、读取传感器数据的函数调用等，并讲解如何将超声波传感器测量的距离数据转换为身高数据（根据传感器安装高度和测量原理进行计算），以及如何将身高数据和性别信息在显示屏上以清晰、易懂的方式显示出来（如格式化字符串输出）。同时，提醒学生注意传感器数据的读取频率和准确性，避免数据采集错误或数据丢失。学生根据教师的指导，在编程环境中编写数据采集程序，教师巡视各小组，为学生提供编程指导，帮助学生解决遇到的语法错误、函数调用错误等问题，确保学生能够成功采集并显示身高数据。 学生在主控板上实时显示身高数据后，将数据记录在数据采集记录表（表 22.3）中，包括性别和身高信息。教师引导学生观察数据的变化情况，思考这些数据对学生健康监测和学校健康管理的意义，如不同性别、不同班级学生的身高差异，身高数据的分布情况等。通过对数据的初步分析，培养学生的数据观察和分析能力，让学生了解数据采集在健康管理中的实际应用。 3、数据传输与存储实践 讲解数据传输的原理，重点介绍 MQTT 协议在物联网数据传输中的应用。向学生解释 MQTT 协议的工作模式，包括发布者（如主控板）和订阅者（如物联网服务平台）之间的通信机制，以及主题（topic）的概念和作用。教师根据之前在物联网服务平台上的设置，指导学生填写 MQTT 客户端发布数据的主题 ID，确保数据能够准确无误地发送到指定的主题。同时，讲解如何设置发布数据的内容，如将采集到的性别和身高数据按照规定的格式拼接成字符串（如 c + "," + xb + "," + str (height)），以便在服务平台上能够正确解析和存储数据。 学生在编程环境中编写数据传输代码，实现将采集到的身高数据上传到物联网服务平台的功能。教师提供数据传输的主要代码框架（如 mqttclient.publish (topic="",content=str ()+","+str ( ))），引导学生根据实际情况填写主题 ID 和数据变量。在学生实践过程中，教师巡视各小组，帮助学生解决代码编写过程中遇到的问题，如网络连接失败（检查 Wi-Fi 设置、MQTT 服务器地址和端口号是否正确）、数据发送不成功（检查主题 ID 和数据格式是否正确）等。确保学生能够稳定地将数据传输到物联网服务平台，培养学生的网络编程和数据传输能力。 4、分析处理数据实践 向学生介绍数据分析的几种方式，包括在物联网服务平台直接查看图表（部分物联网服务平台提供了数据可视化功能，可直接生成身高数据的统计图表，如柱状图、折线图等）、下载数据用电子表格工具（如 Excel、WPS 表格）制作图表（将从平台下载的数据导入电子表格，利用图表功能进行数据分析）以及尝试使用 Python 模块（如 matplotlib、pandas 等）实现数据可视化（对于有一定编程基础的学生，引导他们使用 Python 编写代码实现更个性化的数据可视化效果）。教师根据本地实际情况和学生的能力水平，选择合适的数据分析方式进行重点讲解和实践指导。 学生根据选择的数据分析方式，对采集到的数据进行分析处理。如果选择在物联网服务平台查看图表，教师指导学生登录平台，找到相应的数据和图表功能模块，观察身高数据的统计结果，如不同班级、不同性别的平均身高、身高分布情况等，分析数据是否存在异常（如某个班级学生身高明显低于或高于其他班级）。如果选择使用电子表格工具，教师指导学生下载数据、导入表格、选择合适的图表类型（如柱状图用于比较不同班级或性别的平均身高，折线图用于展示身高随时间或班级序号的变化趋势）进行绘制，并分析图表中的数据特征。对于使用 Python 模块进行数据分析的学生，教师提供相关代码示例和库的使用指导，帮助学生编写代码实现数据可视化，并解读可视化结果。通过数据分析实践，培养学生的数据处理和解读能力，让学生学会从数据中发现问题和规律，为后续的反馈与控制提供依据。 5、反馈与控制实践 教师根据图 22.5 中的代码，详细讲解如何实现将统计结果反馈给老师的功能。首先，解释代码中如何定义字典（f 和 m）来存储各班男生和女生已测人数，以及如何通过回调函数（receivedfunction）接收物联网服务平台发送的数据（当有新的身高数据上传时），并根据数据中的班级和性别信息更新相应的计数。然后，讲解如何在显示屏上显示统计结果，包括班级、男生人数、女生人数等信息，以便老师能够直观地了解学生身高测量情况。同时，提醒学生注意代码中的逻辑判断（如根据性别判断更新男生或女生人数）和数据格式处理（如将整数转换为字符串进行显示）。 学生根据教师的指导，在编程环境中编写或修改反馈功能的代码，实现将班级学生身高统计情况准确反馈给老师的功能。学生将编写好的代码烧录到主控板中，进行系统测试。教师引导学生模拟不同班级、不同性别的学生进行身高测量，观察系统是否能够准确地采集数据、上传数据、统计数据并在显示屏上正确显示反馈结果。在测试过程中，教师巡视各小组，帮助学生解决遇到的问题，如反馈信息显示错误（检查代码中数据处理和显示逻辑是否正确）、统计结果不准确（检查数据接收和计数更新逻辑是否正确）等。确保系统的反馈与控制功能能够稳定、准确地实现，培养学生的系统调试和问题解决能力。 三、拓展与提升 1、身高记录仪系统功能扩展讨论与实践指导 引导学生思考身高记录仪系统可以增加的新功能，如增加人脸识别功能，实现学生身份自动识别，避免手动按键选择性别带来的不便，同时可以与学校的学生信息管理系统对接，直接获取学生姓名等详细信息，使身高数据与学生个人信息更准确地关联；增加身高趋势分析功能，通过记录学生多次测量的身高数据，绘制身高随时间变化的曲线，预测学生的生长趋势，为家长和老师提供更有价值的参考；增加健康提醒功能，当学生身高增长异常（过快或过慢）时，通过短信或 APP 推送提醒家长关注孩子的健康状况等。组织学生分组讨论新功能的可行性和实现方法，鼓励学生发挥创意，提出创新的功能设计方案。每个小组选择一个感兴趣的新功能进行深入讨论和实践尝试，教师提供相关技术资料和参考案例，帮助学生制定功能扩展计划，指导学生进行硬件设备选型（如选择合适的人脸识别模块）和软件程序修改（如编写人脸识别算法、数据存储和分析算法的改进等），培养学生的创新思维和实践能力。 2、生活物品物联功能设计指导 引导学生选择一个生活中还没有联网的物品，如普通水杯、书包、台灯等，对其进行物联功能设计。组织学生分组讨论物品的使用场景和用户需求，如对于水杯，可以考虑设计智能提醒功能，当用户长时间未喝水时自动提醒，还可以记录每天的饮水量，帮助用户养成良好的饮水习惯；对于书包，可以增加定位功能，方便家长和学生随时了解书包的位置，防止丢失，或者增加重量监测功能，提醒学生合理背负重量，保护脊椎健康；对于台灯，可以实现根据环境光线自动调节亮度，保护用户视力，还可以与手机 APP 连接，用户可以远程控制台灯开关等。学生分组讨论并设计物联功能方案，教师鼓励学生大胆想象，不局限于现有技术的限制，重点培养学生的创新思维和需求分析能力。每个小组绘制物联功能设计的流程图，展示物品如何通过传感器采集数据、通过网络传输数据、进行数据处理以及实现相应的反馈控制功能，教师对学生的设计方案进行点评和指导，提供改进建议，帮助学生完善设计方案，培养学生的系统设计能力。 四、教学反思 在算法设计引导环节，学生在绘制流程图和设计算法时，对于复杂的逻辑判断和数据处理流程理解困难。例如，在处理多个按键操作（区分性别）和数据上传逻辑时，容易出现逻辑混乱或遗漏情况。这反映出学生的逻辑思维能力有待提高，在今后的教学中，应增加逻辑思维训练内容，如通过逻辑谜题、编程逻辑练习等方式，帮助学生提高逻辑分析和设计能力。同时，在讲解算法时，应采用更详细、逐步推导的方式，引导学生理解复杂逻辑的构建过程，确保学生能够设计出准确、高效的算法。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$